KR20190047711A - 슈퍼커패시터 기반 에너지 저장 장치 - Google Patents

슈퍼커패시터 기반 에너지 저장 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20190047711A
KR20190047711A KR1020197009049A KR20197009049A KR20190047711A KR 20190047711 A KR20190047711 A KR 20190047711A KR 1020197009049 A KR1020197009049 A KR 1020197009049A KR 20197009049 A KR20197009049 A KR 20197009049A KR 20190047711 A KR20190047711 A KR 20190047711A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
charge
supercapacitors
supercapacitor
storage device
array
Prior art date
Application number
KR1020197009049A
Other languages
English (en)
Inventor
와심 아쉬라프 쿠레시
Original Assignee
킬로와트 랩스 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 킬로와트 랩스 인코포레이티드 filed Critical 킬로와트 랩스 인코포레이티드
Publication of KR20190047711A publication Critical patent/KR20190047711A/ko

Links

Images

Classifications

    • H02J7/0057—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0069—Charging or discharging for charge maintenance, battery initiation or rejuvenation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/10—Multiple hybrid or EDL capacitors, e.g. arrays or modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0018—Circuits for equalisation of charge between batteries using separate charge circuits
    • H02J7/0054—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/342—The other DC source being a battery actively interacting with the first one, i.e. battery to battery charging
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

에너지 저장 장치는 충전 저장 어셈블리, 보조 저장 요소 및 충전 제어 회로를 포함한다. 충전 저장 어셈블리는 직렬로 결합된 슈퍼커패시터들의 어레이, 복수의 배터리들 및 충전 보유 회로를 포함한다. 복수의 배터리들의 각각은 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 대응하는 슈퍼커패시터에 전기적으로 결합된다. 충전 보유 회로는 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 적어도 하나의 슈퍼커패시터가 아이들 상태에 있을 때 그 적어도 하나의 슈퍼커패시터의 충전 상태를 유지하도록 구성된다. 충전 제어 회로는 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 적어도 하나의 슈퍼커패시터와 보조 저장 요소 사이에서 전하를 선택적으로 전달하도록 구성된다.

Description

슈퍼커패시터 기반 에너지 저장 장치
[0001] 본 출원은 2016년 9월 14일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제62/394,532호, 및 2017년 4월 18일자로 출원된 미국 정규 특허 출원 번호 제15/490,409호를 우선권으로 주장하는 바, 둘 모두는 "슈퍼커패시터 기반 에너지 저장 장치 및 방법(SUPERCAPACITOR BASED ENERGY STORAGE DEVICE AND METHOD)"을 명칭으로 하며, 이 미국 가특허 출원 및 미국 정규 특허 출원 각각의 전체는 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0002] 본 개시내용은 일반적으로 슈퍼커패시터 기반 에너지 저장 장치들 및 슈퍼커패시터 기반 에너지 저장 장치들을 제어하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 개시되는 시스템들 및 방법들은 슈퍼커패시터 어셈블리의 전류 흐름을 균형 잡고, 자가-방전 속도(self-discharge rate)를 감소시키며, 슈퍼커패시터 기반 에너지 저장 장치의 비 에너지(specific energy)를 향상시킨다.
[0003] 최근, 기후 변화 및 지구 온난화는, 그리드(grid)가 더 큰 재생가능 발전을 통합하고 여전히 전기에 접근할 수 없는 수십억의 사람들에게 재생가능 기반 전력(renewable based power)을 제공하도록 전기 수송으로 전환하기 위한, 그리고 디젤 또는 등유 기반 에너지에 의존하는 사람들을 재생가능 기반 에너지로 전환하기 위한 에너지 저장에 대한 관심 증가로 이어졌다. 화학적 및 비-화학적 및 정전기적 모두의 에너지 저장은 광범위하게 사용되면서 일 세기 초과 동안 존재해 왔다. 그러나, 수송, 그리드 저장 및 오프-그리드(off-grid) 전력과 같은 적용들의 요구들은 현재 배터리들이 사용되는 것과는 꽤 상이하고, 새로운 세트의 과제들을 야기했다.
[0004] 자동차 적용들의 경우, 자동차 소비자들에 의한 광범위한 허용을 얻기 위해서는, 전기 자동차들이 범위 불안(range anxiety), 온도 영향, 사이클 수명 및 비용과 같은 문제들을 제거해야 한다. 그리드 저장 해결책들에 효과적이기 위해서는, 배터리들은 비용(화석 연료 기반 대체물들에 비교되는), 효율성, 온도 효과, 사이클 수명, 용량 감퇴(capacity fade), 메모리 효과, 충전 속도 등의 문제들을 해결해야 한다. 오프-그리드 해결책들에 배치되기 위해서는, 배터리들은 비용, 온도 영향, 충전 속도, 방전 속도, 사이클 수명, 안전성, 효율성 및 유지 보수의 문제들을 해결해야 한다.
[0005] 재료 과학, 상업적 모델들, 제조 방법들의 개발은 배터리 성능 및 경제성 향상에 기여하고 있다. 이러한 노력들은 주로 화학 배터리들에 초점을 두고 있다. 그러나, 진전은 느리고 성장들은 미미하다. 기후 변화 및 지구 온난화의 문제들에 대처하기 위해서는 기하급수적인 개선들이 필요하다. 많은 상이한 배터리 유형들 중에서 리튬 이온, 진보된 납산, 플로우(flow), 수성 및 수소 셀(cell)들이 시험되고 개발되고 있지만, 화학적 저장 매체의 재료들의 한계들이 진전을 저지하고 있다.
[0006] 일 양태에서, 본 개시내용은 슈퍼커패시터들의 어레이(array)를 포함하는 충전 저장 어셈블리 및 보조 저장 요소를 갖는 에너지 저장 장치를 제공한다. 또한, 충전 작동 동안 슈퍼커패시터들의 어레이에 충전 전류를 제공하도록 구성된 충전 제어 회로가 제공되며, 여기서 충전 제어 회로는 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 적어도 하나의 슈퍼커패시터와 보조 저장 요소 사이에서 전하를 선택적으로 전달하도록 구성된다.
[0007] 다른 양태에서, 직렬로 결합된 슈퍼커패시터들의 어레이; 및 복수의 배터리들을 구비하는 충전 저장 어셈블리를 갖는 에너지 저장 장치가 제공되며, 여기서 복수의 배터리들의 각각은 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 대응하는 슈퍼커패시터에 전기적으로 결합되어 있다. 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 각각의 슈퍼커패시터가 아이들(idle) 상태에 있을 때 각각의 슈퍼커패시터의 충전 상태를 유지하도록 구성된 충전 보유 회로(charge retention circuit)가 또한 제공된다.
[0008] 또 다른 양태에서, 본 개시내용은 직렬로 결합된 슈퍼커패시터들의 어레이; 및 복수의 배터리들을 구비하는 충전 저장 어셈블리를 갖는 에너지 저장 장치를 제공하며, 여기서 복수의 배터리들의 각각은 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 대응하는 슈퍼커패시터에 전기적으로 결합된다. 또한, 본 개시내용은 복수의 충전 보유 회로들을 제공하며, 여기서 복수의 충전 보유 회로들의 각각은 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 대응하는 슈퍼커패시터에 결합되고, 그리고 복수의 충전 보유 회로들의 각각은 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 대응하는 슈퍼커패시터가 아이들 상태에 있을 때 대응하는 슈퍼커패시터의 충전 상태를 유지하도록 구성된다. 또한, 보조 저장 요소, 및 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 적어도 하나의 슈퍼커패시터와 보조 저장 요소 사이에서 전하를 선택적으로 전달하도록 구성된 복수의 충전 제어 회로들이 제공된다.
[0009] 본 발명의 특징들 및 이점들은 첨부 도면들과 함께 고려될 바람직한 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명에 의해 보다 충분히 개시되거나 명백해질 것이며, 첨부 도면들에서 유사한 번호들은 유사한 부분들을 나타내며, 또한 첨부 도면들에서:
[0010] 도 1은 일부 실시예들에 따른 슈퍼커패시터들의 어레이를 제어하기 위한 시스템을 예시한다.
[0011] 도 2는 일부 실시예들에 따른 복수의 충전 제어 회로들을 포함하는 도 1의 시스템의 부분적이지만 보다 상세한 도면을 예시한다
[0012] 도 3은 일부 실시예들에 따른 예의 충전 제어 회로를 예시한다.
[0013] 도 4는 일부 실시예들에 따른 예의 펄스-폭 변조 제어기를 예시한다.
[0014] 도 5는 일부 실시예들에 따른 예의 불균형 검출 회로를 포함하는 도 1의 시스템의 부분적이지만 보다 상세한 도면을 예시한다.
[0015] 도 6은 일부 실시예들에 따른 예의 충전 보유 회로를 포함하는 도 1의 시스템의 부분적이지만 보다 상세한 도면을 예시한다.
[0016] 도 7은 일부 실시예들에 따른 예의 통신 모듈을 예시한다.
[0017] 도 8은 일부 실시예들에 따른 제어 알고리즘을 예시하는 흐름도이다.
[0018] 도 9는 일부 실시예들에 따른 슈퍼커패시터를 예시한다.
[0019] 도 10은 일부 실시예들에 따른 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 제1 슈퍼커패시터의 충전 작동을 예시하는 타이밍 다이어그램이다.
[0020] 다음의 개시내용은 주제의 상이한 특징들을 구현하기 위한 많은 상이한 실시예들 또는 예들을 제공한다. 구성요소들 및 배열들의 특정 예들이 본 개시내용을 단순화하기 위해 아래에서 설명된다. 이들은 물론 단지 예들이며 제한적인 것으로 의도되지 않는다. "결합된", "연결된" 및 "상호 연결된"과 같은 전기적 결합 등과 관련된 용어들은, 달리 명백히 설명되지 않는 한 구조물들이 직접적으로 또는 개재 구조물들을 통해 간접적으로 서로 통신하는 관계를 지칭한다. 또한, 본 개시내용은 다양한 예들에서 참조 번호들 및/또는 문자들을 반복할 수 있다. 이 반복은 단순성 및 명확성의 목적을 위한 것이며, 그 자체로 논의된 다양한 실시예들 및/또는 구성들 사이의 관계를 좌우하지는 않는다.
[0021] 개시되는 시스템들 및 방법들은 개별 슈퍼커패시터들에서 균형 전류를 단순화하고, 자가-방전을 감소시키며, 에너지 밀도의 조절을 최적화한다. 널리 알려지고 다양한 소스들로부터 상업적으로 입수할 수 있는 슈퍼커패시터는, 전해 커패시터들과 재충전 가능한 배터리들 사이의 갭을 메우는 다른 커패시터들보다 휠씬 더 높은 커패시턴스 값(그러나 더 낮은 전압 한계들)을 갖는 고-용량 전기화학적 커패시터이다. 본원에서 설명된 시스템들 및 방법들은 단지 통상적인 배터리들이 이전에 사용될 수 있었던 곳에서 슈퍼커패시터들이 사용되도록 허용한다. 통상적인 배터리들에 비해 슈퍼커패시터들의 내재적인 이점으로 인해, 그리고 개시되는 시스템들 및 방법들을 통합함으로써, 슈퍼커패시터 어셈블리는 통상적인 배터리들에 대한 실시 가능하고 현저하게 향상된 대안을 제공하여 화석 연료로부터 재생가능 에너지로의 광범위한 배치 및 전환을 가능하게 한다.
[0022] 일부 실시예들에서, 복수의 슈퍼커패시터들이 직렬로 연결되어 미리 결정된 VDC(voltage direct-current) 출력을 갖는 어레이를 형성한다. 어레이에서의 각각의 슈퍼커패시터는 슈퍼커패시터의 저장 용량의 미리 결정된 비율에 상당하는 양의 배터리(이를테면, 리튬 철 인산염(LFP) 배터리)로 내장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로컨트롤러 기반 하드웨어는 각각의 슈퍼커패시터에 연결되고 전류 균형, 충전 보유 및 전해 밀도의 최적화 및 조절을 수행하도록 구성된다. 특정 수의 슈퍼커패시터들을 갖는 일부 실시예들이 본원에서 논의되지만, 슈퍼커패시터들의 수는 제한적이지 않으며 논의된 실시예들의 각각은 당업자에 의해 이해되는 바와 같이 보다 적거나 보다 많은 슈퍼커패시터들을 포함할 수 있다.
[0023] 일부 실시예들에서, 슈퍼커패시터들의 각각의 어레이는, 예를 들어 800 A - 900 A와 같은 매우 높은 전류들에서 충전될 수 있는 직렬로 연결된 다수의 슈퍼커패시터들을 포함한다. 충전 사이클 동안 일어날 수 있는 불균형들은 개별 슈퍼커패시터들의 제조 공차들(± 20 %)에서 기인한다. 일부 실시예들에서, 불균형들은 슈퍼커패시터들의 어레이에 결합된 하나 이상의 회로 요소들에 의해 보정된다. 예를 들어, 충전 사이클 동안 충전 소스(source)가 슈퍼커패시터들의 어레이에 연결될 때 마이크로컨트롤러는 전류 균형을 위해 각각의 개별 슈퍼커패시터의 전압을 모니터링할 수 있다. 마이크로컨트롤러가 완전 충전에 도달한 슈퍼커패시터를 검출할 때, 여분의 에너지는 완전 충전된 슈퍼커패시터로부터 끌어와 보조 버퍼로 전송된다. 여분의 에너지는 보조 버퍼로부터 여전히 충전중인 하나 이상의 슈퍼커패시터로 공급될 수 있다. 이 프로세스는 충전 사이클에서의 중단 없이 유리하게 발생한다. 따라서, 개시되는 시스템들 및 방법들은 슈퍼커패시터들의 충전을 유리하게 제어하여 충전 하에서 안정성을 유지하고, 충전 효율을 증가시키며, 충전 시간을 단축시킨다.
[0024] 슈퍼커패시터들은 아이들일 때 높은 자가-방전 속도를 갖는다(48 시간 - 80 %). 일부 실시예들에서, 방전 속도를 감소시키기 위해, 누출 전류를 줄이고 자가-방전 속도를 감소시키는 배터리로부터 전류가 제공된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, LFP 배터리가 누출 전류를 발생시켜 48 시간으로부터 14 일로 자가-방전의 증가를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로컨트롤러는 충전 보유 프로세스를 모니터링하고 제어하도록 구성된다.
[0025] 슈퍼커패시터들은 전형적으로 화학 배터리들에 비해 낮은 비 에너지(단위 질량당 에너지 또는 Wh/kg)를 갖는다. 슈퍼커패시터들의 비 에너지는 예를 들어 5 Wh/kg 내지 30 Wh/kg 사이에서 변하며 이는 일부 화학 배터리들의 100+ Wh/kg보다 적다. 낮은 비 에너지는 슈퍼커패시터의 차지 공간(footprint)을 증가시키며, 슈퍼커패시터들이 수송, 소비자측(behind-the-meter) 저장, 소비자 장치들용 저장 등을 포함하는 많은 상업적 적용들에 부적합하게 만들 수 있다. 일부 실시예들에서, 슈퍼커패시터들의 어레이의 비 에너지를 증가시키기 위해, 각각의 슈퍼커패시터는 매우 짧은 기간들 동안 전해질 층에 적용되는 방전 펄스들의 시퀀스와 함께 매우 큰 에너지 버스트(energy burst)들을 갖는 충전 사이클 동안 충전된다. 충전 및 방전의 맥동성 버스트들의 이러한 세트는 각각의 슈퍼커패시터의 전해질 층의 최대 충전을 달성하게 하고 그 결과 코어 모듈의 비 에너지를 증가시킨다. 일부 실시예들에서, 코어 모듈에 대한 비 에너지는 대략 80 Wh/Kg이다.
[0026] 일부 실시예들에서, 다수 프로토콜들로 통신할 수 있는 통신 모듈은 각각의 슈퍼커패시터뿐만 아니라 제어 로직에도 부착되고 각각의 슈퍼커패시터의 데이터를 제공한다. 데이터는 전압, 전류, 온도 및 균형을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않으며 다른 자동화 시스템이 이 데이터를 읽을 수 있게 하는 방식으로 제공된다. 또한, 통신 모듈에 의해 수집된 데이터는 과잉-충전, 역 극성, 과잉-온도, 단락 회로, 커패시터 불균형 및/또는 다른 데이터를 포함할 수 있다. 통신 모듈은 임의의 이벤트 또는 이벤트들이 하나 이상의 사전 설정된 한계들 밖에서 발생하는 경우 경보 신호를 보내도록 구성된다.
[0027] 개시되는 시스템들 및 방법들은 슈퍼커패시터들의 사이클 수명에 영향을 미치지 않으면서 30 초 미만에 충전되는 슈퍼커패시터들의 능력을 활용하며 전기 자동차들 또는 실용 등급의 주파수 조절에 배치될 수 있다. 빠른 충전 스테이션들의 네트워크는 또한 슈퍼커패시터 기반 저장 뱅크(supercapacitor based storage bank)들 상에서 운행되는 전기 자동차들이 그러한 스테이션들에서 빠르게 재충전되도록 할 수 있으며(차들이 가스 스테이션들에서 연료를 보급받는 방법과 유사하게), 이에 의해, 대형 배터리 뱅크들의 시용을 필요로 하는 그들의 빠른 충전의 불가능으로 인해 전기 자동차들에 현재 존재하는 확장된 범위의 문제를 제거한다.
[0028] 전기 그리드에 전력의 저장(예를 들어, "그리드 저장")은 배터리가 주파수 변화들에 신속하게 응답할 수 있을 것을 요구한다. 개시되는 시스템들 및 방법들은 빠른 주파수 응답의 필요성을 해결하기 위해 그러한 시스템들에 배치될 수 있다. 또한, 개시되는 시스템들 및 방법들은 깊은 사이클 및 장기간(long duration) 방전을 가능하게 하고 장기간 그리드 저장과 같은 깊은 사이클 방전을 필요로 하는 적용들에 배치될 수 있다.
[0029] 개시되는 시스템들 및 방법들은 또한 자본 투자들이 감소되도록 할 수 있다. 예를 들어, 100 %의 방전 깊이(Depth-of-Discharge, "DOD"), 및 99.1 %의 DC-DC 왕복 효율로, 개시되는 시스템들의 전달 및 정격 용량(delivered and rated capacity)은 거의 동일하며, 이는 화학 배터리들을 사용하는 시스템들과 비교할 때, 요구되는 용량의 상당한 감소를 허용한다.
[0030] 본 발명의 시스템의 사이클 수명은 100 % DOD에서 100 만 사이클이며 용량 감퇴 및 충전/방전 속도들의 영향은 무시할 만하다. 매우 낮은 유지 보수 요건들과 결합되어, 본 발명의 시스템은 사이클당 유례 없는 비용으로 전력 및 에너지를 전달한다.
[0031] 개시되는 시스템들 및 방법들은 추가로, 대부분의 환경들에서의 사용을 가능하게 한다. 예를 들어, 대부분의 화학 배터리들보다 더 높은 온도 허용 범위로, 개시되는 시스템들은 냉각 또는 가열 없이 극도로 열악한 환경들에 배치될 수 있어, 감시 및 유지 보수가 적어진다. 또한, 충전 보유 회로는 적은 비율의 내장된 LFP 배터리를 제어하여 전류를 공급함으로써 충전 누출을 감소시키고 자가-방전 시간을 증가시킬 수 있다.
[0032] 개시되는 시스템들 및 방법들의 이들 및 다른 목적들, 이점들 및 특징들은 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 당업자들에게 명백해질 것이다. 그러나, 상세한 설명 및 첨부 도면들은 바람직한 실시예들을 나타내는 한편, 제한이 아니라 예시로서 주어진다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 정신을 벗어나지 않으면서 본 발명의 범위 내에서 많은 변화들 및 변형들이 이루어질 수 있으며, 본 발명은 그러한 모든 변형들을 포함한다.
[0033] 도 1은 일부 실시예들에 따른 슈퍼커패시터들의 어레이를 제어하기 위한 시스템의 일 예를 예시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 슈퍼커패시터들(106-1 : 106-n)(이하, "슈퍼커패시터들(106)")의 어레이(104)를 포함하는 충전 저장 어셈블리(102)를 포함한다. 어레이(104)는 충전 보유 회로(108)에 결합된다. 슈퍼커패시터들(106)의 각각은 또한 배터리(110-1 : 110-n)(이하, "배터리들(110)")에 결합된다. 일부 실시예들에서, 배터리들(110)의 각각은 리튬 철 인산염(LFP) 배터리이지만, 당업자는 다른 유형의 배터리들이 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
[0034] 일부 실시예들에서, 충전 보유 회로(108)는 슈퍼커패시터들(106)로부터의 전압 누출을 검출하고 이러한 누출을 막기 위해 누출 전류를 발생하도록 구성된다. 충전 보유 회로(108)는 하나 이상의 배터리들(110)을 사용하여 누출 전류를 발생시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 배터리들(110)의 각각은 슈퍼커패시터들(106) 중 관련된 하나의 저장 용량의 미리 결정된 비율과 동일한 저장 용량을 갖도록 구성된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 배터리들(110)의 각각은 슈퍼커패시터들(106) 중 관련된 하나의 저장 용량의 약 6 %와 동일한 저장 용량을 포함하지만, 배터리들(110)의 각각은 더 큰 및/또는 더 적은 저장 용량을 가질 수 있다는 것이 인식될 것이다.
[0035] 일부 실시예들에서, 충전 제어 회로(114) 및 불균형 검출 회로(116)가 충전 저장 어셈블리(102)에 결합된다. 비록 충전 제어 및 불균형 검출 회로들(114, 116)이 별개의 회로들로서 도시되어 있지만, 당업자는 충전 제어 회로(114) 및 불균형 검출 회로(116)가 공통의 기판(예를 들어, 인쇄된 회로 보드 또는 실리콘) 또는 별도의 기판들에서 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 충전 제어 회로(114)는 보조 슈퍼커패시터 및/또는 다른 충전 저장 장치와 같은 보조 충전 저장 장치를 포함할 수 있는 보조 저장(118)에 결합된다.
[0036] 제어 로직(112)은 충전 제어 회로(114), 보조 저장(118) 및 통신 제어기(120)에 신호 통신(통신 가능하게 결합)된다. 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 일부 실시예들에서, 제어 로직(112)은 전류 균형 알고리즘 및/또는 충전 보유 알고리즘을 실행하도록 구성된다. 전류 균형 및 충전 보유 알고리즘은, 당업자가 이해할 바와 같이, 제어 로직(112)에 의해 실행되는 소프트웨어 명령들에 의해 실시되고 그리고/또는 하나 이상의 하드웨어 회로들로 실시될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 로직(112)은 마이크로컨트롤러, 필드-프로그래밍 가능한 게이트 어레이(field-programmable gate array, FPGA), 프로그래밍 가능한 로직 제어기, 임의의 다른 적절한 제어 로직 및/또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
[0037] 일부 실시예들에서, 통신 제어기(120)는 하나 이상의 통신 포트(들)를 통해 제어 로직(112)과 다른 장치(들) 또는 회로(들) 사이에서 데이터의 송신 및 수신을 제어하도록 구성된다. 통신 포트들의 예들은 이더넷(Ethernet) 포트, RS232 포트, 및 통신 프로토콜로서 MODBUS RTU를 갖는 RS485 포트 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 당업자는 다른 통신 포트들 및/또는 프로토콜들이 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
[0038] 도 2는 일부 실시예들에 따른 복수의 충전 제어 회로들을 포함하는 시스템(100)의 부분적이지만 더 상세한 도면을 예시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 시스템(100a)은 복수의 충전 제어 회로들(114a-1 : 114a-n)(집합적으로 "충전 제어 회로들(114a)")을 포함한다. 충전 제어 회로들(114a)의 각각은 어레이(104)에서의 슈퍼커패시터들(106) 중 하나와 관련되고 이에 결합된다. 각각의 충전 제어 회로(114a)는 제어 로직(112) 및 보조 저장(118)에 전기적으로 결합된다. 예시된 실시예에서, 보조 저장(118)은 슈퍼커패시터(106-o)이지만, 다른 실시예들 및/또는 저장 장치들이 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
[0039] 충전 제어 회로들(114a)은 슈퍼커패시터들(106) 중 관련된 하나와 보조 저장(118) 사이에서 전하를 전달하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 충전 제어 회로들(114a)은 슈퍼커패시터들(106) 사이의 하나 이상의 불균형을 보정하기 위해 전하를 전달하도록 구성된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 충전 제어 회로들(114a)은 슈퍼커패시터들(106) 중 관련된 하나의 불충분 충전 불균형(undercharge imbalance)을 보정하기 위해 보조 저장(118)으로부터 전하를 전달하도록 구성될 수 있고 그리고/또는 슈퍼커패시터들(106) 중 관련된 하나의 과잉 충전 불균형(overcharge imbalance)을 보정하기 위해 보조 저장(118)으로부터 전하를 전달하도록 구성될 수 있다.
[0040] 도 3은 일부 실시예들에 따른 충전 제어 회로의 일 예를 예시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 충전 제어 회로(114b)는 과잉 충전 부분(124) 및 불충분 충전 부분(126)을 포함할 수 있다. 과잉 충전 부분(124) 및 불충분 충전 부분(126)의 각각은 적어도 펄스-폭 변조(PMW) 제어기(128a, 128b), 변압기(130a, 130b) 및 하나 이상의 절연-게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT; insulated-gate bipolar transistor)들(142a-1 : 142d-2)(집합적으로 "IGBT들(142)")을 포함한다. 과잉 충전 부분(124) 및/또는 불충분 충전 부분(126)은 각각 커패시터들, 저항기들, 스위치들 및/또는 임의의 다른 적절한 회로 요소들과 같은 하나 이상의 추가 요소들을 포함할 수 있다. 충전 제어 회로(114b)의 과잉 충전 부분(124) 및 불충분 충전 부분(126)의 각각은 슈퍼커패시터(106-1)와 같은 슈퍼커패시터들(106) 중 적어도 하나에 결합된다.
[0041] 충전 제어 회로(114b)는 슈퍼커패시터(106-1)가 어레이(104)에서의 다른 슈퍼커패시터들(106)에 대해 과잉 충전 및/또는 불충분 충전되지 않도록 슈퍼커패시터(106-1)의 충전을 균형 잡도록 구성된다. 예를 들어, 제어 로직(112)이 슈퍼커패시터(106-1)가 어레이(104)에서의 다른 슈퍼커패시터들(106)에 대해 과잉 충전되는 것을 결정할 때, 제어 로직(112)은 충전 제어 회로(114b)의 과잉 충전 부분(124)에서의 PWM 제어기(128a)를 작동시켜 슈퍼커패시터(106-1)로부터 전하를 배출하고 보조 저장(118) 내로 전하를 전달한다. 슈퍼커패시터(106-1)로부터의 배출 속도는 어레이(104)에서의 다른 슈퍼커패시터들(106)에 대해 슈퍼커패시터(106-1)의 과잉 충전 불균형을 보정하도록 선택된다.
[0042] 유사하게, 제어 로직(112)이 슈퍼커패시터(106-1)가 다른 슈퍼커패시터들(106)에 대해 불충분 충전되는 것을 결정할 때, 제어 로직(112)은 충전 제어 회로(114b)의 불충분 충전 부분(126)에서의 PWM 제어기(128b)를 작동시켜 보조 저장(118)으로부터 슈퍼커패시터(106-1)로 전하를 전달한다. 슈퍼커패시터(106-1)는 보조 저장(118)으로부터 추가 전하를 받으며, 이는 슈퍼커패시터(106-1)의 충전을 촉진하고 어레이(104)에서의 다른 슈퍼커패시터들(106)에 대해 불충분 충전 불균형을 보정한다.
[0043] 도 4는 일부 실시예들에 따른 PWM 제어기의 예를 예시한다. PWM 제어기(128c)는 전압 피드백 입력(134)에 결합된 제1 아날로그 노이즈 필터(132a) 및 전류 피드백 입력(136)에 결합된 제2 아날로그 노이즈 필터(132b)를 포함한다. 아날로그 노이즈 필터들(132a, 132b)은 개개의 입력 신호들(134, 136)을 여과하고 전압 및/또는 전류 피드백 신호를 디지털 신호 처리기(DSP)(138)에 제공하도록 구성된다. DSP(138)는 마이크로컨트롤러, FPGA, PLA, 내장된 시스템 및/또는 임의의 다른 적절한 회로와 같은 임의의 적절한 회로를 포함할 수 있다. DSP(138)는 여과된 전압 및 전류 피드백 신호들을 수신하고 하나 이상의 IGBT 제어기들(140a, 140b)에 대한 하나 이상의 제어 신호들을 발생시키도록 구성된다.
[0044] 일부 실시예들에서, IGBT 제어기들(140a, 140b)은 충전 제어 회로(114b)에서의 하나 이상의 IGBT들(142)에 대한 제어 신호들(144a-144d)을 발생시키도록 구성된다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 제1 IGBT 제어기(140a)는 제1 하부-측 IGBT 제어 신호(144a) 및 제2 하부-측 IGBT 제어 신호(144b)를 발생시킨다. 유사하게, 예시된 실시예에서, 제2 IGBT 제어기(140b)는 제1 상부-측 IGBT 제어 신호(146a) 및 제2 상부-측 IGBT 제어 신호(146b)를 발생시킨다. 하부-측 제어 신호들(144a, 144b) 및 상부-측 제어 신호들(146a, 146b)의 각각은 과잉 충전 부분(124) 또는 불충분 충전 부분(126) 중 하나에서의 IGBT들(142) 중 하나에 제공된다.
[0045] IGBT들(142)은 슈퍼커패시터(106-1) 및 보조 저장(118) 사이에서 전하의 전달을 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 과잉 충전 상황이 검출될 때, 제1 PWM 제어기(128a)는 제어 로직(112)으로부터 하나 이상의 제어 신호들을 수신한다. 제1 PWM 제어기(128a)는 위에서 논의된 바와 같이 복수의 IGBT 제어 신호들(144a-146b)을 발생시킨다. IGBT 제어 신호들(144a-146b)의 각각은 충전 제어 회로(114b)의 과잉 충전 부분(124)에서의 IGBT들(142a-1 : 142a-4)(집합적으로 "IGBT들(142a)") 중 하나에 제공된다. IGBT들(142a)은 과잉 충전 불균형이 보정될 때까지 슈퍼커패시터(106-1)로부터 보조 저장(118)으로 전하를 전달하도록 작동된다. 유사하게, 불충분 충전 상황이 검출될 때, 제2 PWM 제어기(128b)는 제어 로직(112)으로부터 하나 이상의 제어 신호들을 수신한다. 제2 PWM 제어기(128b)는 복수의 IGBT 제어 신호들(144a-146b)을 발생시키고, 불충분 충전 부분(126)에서의 IGBT들(142b-1 : 142b-4)(집합적으로 "IGBT들(142b)") 중 하나에 IGBT 제어 신호들(144a-146b)의 각각을 제공한다. IGBT들(142b)은 불충분 충전 불균형이 보정될 때까지 보조 저장(118)으로부터 슈퍼커패시터(106-1)로 전하를 전달하도록 제어 신호들(144a-146b)에 의해 작동된다.
[0046] 도 5는 일부 실시예들에 따라 어레이(104)에서의 슈퍼커패시터들(106)의 각각에 결합된 예의 불균형 검출 회로를 포함하는 시스템(100)의 부분적이지만 더 상세한 도면을 예시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 불균형 검출 회로(116a)는 슈퍼커패시터들(106)의 각각에 결합된다. 불균형 검출 회로(116a)는 슈퍼커패시터들(106)의 충전 상태를 모니터링하고 어레이(104)에서의 다른 슈퍼커패시터들(106)에 대해 슈퍼커패시터들(106) 중 선택된 하나의 충전 상태를 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 불균형 검출 회로(116a)는 슈퍼커패시터들(106)에서 과잉 충전 불균형 및/또는 불충분 충전 불균형을 검출하도록 구성된다. 불균형 검출 회로(116a)는 충전 제어 회로(114)에 대한 제어 신호들을 발생시키기 위해 충전 제어 회로(114)를 제어할 수 있고 그리고/또는 제어 로직(112)에 피드백을 제공할 수 있다.
[0047] 도 6은 일부 실시예들에 따른 예의 충전 보유 회로를 포함하는 시스템(100)의 부분적이지만 보다 상세한 도면을 예시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 시스템(100a)은 복수의 충전 보유 회로들(108a-1 : 108-n)(집합적으로 "충전 보유 회로들(108)")을 포함한다. 충전 보유 회로들(108)의 각각은 어레이(104)에서의 슈퍼커패시터들(106) 중 관련된 하나에 결합된다.
[0048] 충전 보유 회로들(108a)의 각각은 추가로 충전 보유 회로(108a)와 동일한 슈퍼커패시터들(106)과 관련된 배터리들(110) 중 하나에 결합된다. 배터리들(110)은 슈퍼커패시터들(106) 중 선택된 하나의 비-사용/아이들 상태가 검출될 때 슈퍼커패시터들(106) 중 관련된 하나에 누출 전류를 공급하도록 구성된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 하나 이상의 슈퍼커패시터들(106)의 아이들 상태가 검출될 때, 제어 로직(112)은 아이들 슈퍼커패시터들(106)과 관련된 충전 보유 회로들(108a)을 작동시킨다. 작동된 충전 보유 회로들(108a)은 관련된 배터리들(110)로부터 누출 전류를 끌어내어 누출 전류를 슈퍼커패시터들(106) 중 관련된 하나에 공급한다. 누출 전류는, 전류 충전 수준으로 슈퍼커패시터들(106)을 유지하도록 구성된 슈퍼커패시터들(106)의 제조 동안에 특정되는 미리 결정된 전류이다.
[0049] 일부 실시예들에서, 충전 보유 회로(108a)의 각각은 금속-산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET; metal-oxide semiconductor field-effect transistor)들과 같은 2개 이상의 회로 요소들을 스위칭함으로써 누출 전류를 발생시키도록 구성된다. 충전 보유 회로들(108a)의 각각은 발생된 누출 전류와 동일한 전류에서 PWM 전류 조정을 위해 추가로 구성될 수 있다. PWM은 슈퍼커패시터들(106)의 각각에서 회로 특정 편차를 보상하도록 구성될 수 있다. 충전 보유 회로들(108a)의 각각은 누출 전류를 조정하여 누출 전류를 미리 결정된 최대 누출 전류 아래로 유지하고 슈퍼커패시터들(106)이 충전 상태로 전환하는 것을 방지하도록 구성된다.
[0050] 일부 실시예들에서, 슈퍼커패시터들(106)이 아이들 상태에서 작동 상태(예를 들어, 작동 충전 및/또는 방전)로 전환할 때, 충전 보유 회로들(108a) 중 관련된 하나는 배터리들(110)로부터 누출 전류를 공급하는 것을 중단한다. 충전 보유 회로들(108a)은 아이들 상태에서 작동 상태로의 전환을 직접 검출할 수 있고 그리고/또는 관련된 슈퍼커패시터들(106)이 작동 상태에 있음을 지시하는 제어 로직(112)으로부터 하나 이상의 신호들을 수신할 수 있다.
[0051] 도 7은 일부 실시예들에 따른 통신 제어기의 일 예를 예시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 통신 제어기(120a)는 충전기들, 인버터들 및/또는 다른 전력 관리 장비와 같은 외부 하드웨어와 시스템(100) 사이의 통신을 제어하도록 구성된 제어기(160)를 포함한다. 제어기(160)는 예를 들어 마이크로컨트롤러, FPGA, PLA, 내장 회로 및/또는 임의의 다른 적절한 제어기와 같은 임의의 적절한 제어기를 포함할 수 있다. 제어기(160)는 복수의 포트 제어기들(162a-162d)(집합적으로 "포트 제어기들(162)")에 결합된다. 포트 제어기들(162)의 각각은 개개의 통신 포트(164a-164d)(집합적으로 "통신 포트들(164)")에 결합된다. 4 개의 포트 제어기들(162) 및 4 개의 통신 포트들(164)이 예시되었지만, 통신 제어기(120a)는 보다 큰 및/또는 보다 적은 수의 포트 제어기들(162) 및/또는 통신 포트들(164)을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
[0052] 다양한 실시예들에서, 포트 제어기들(162) 및 통신 포트들(164)은 예를 들어 이더넷 통신, RS485, RS232, 4-웨이(way) 건식 접촉들 및/또는 임의의 다른 적절한 통신 프로토콜과 같은 임의의 적합한 통신 프로토콜을 위해 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 4-웨이 건식 접촉은 예비-프로그래밍 가능한 고립된(isolated) 4-웨이 건식 접촉이다.
[0053] 일부 실시예들에서, 다른 프로토콜들이 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이지만, 제어기(160)는 제어 로직(112)으로부터 "I2C"(inter-integrated circuit) 프로토콜을 통해 데이터를 추출한다. 추출된 데이터는 RTC(real-time communications, 실시간 통신들), 온도, 각각의 슈퍼커패시터의 전압, 전류, 와트-시(watt-hour)들, SOC, 과잉-충전, 역 극성, 과잉-온도, 단락 회로, 커패시터 불균형 및/또는 임의의 다른 적절한 데이터를 포함될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예들에서, 제어기(160)는 추출된 데이터를 하나 이상의 통신 포트들(164)에 중계한다. 제어기(160) 및/또는 제어 로직(112)은 임의의 이벤트 및/또는 이벤트들이 하나 이상의 미리 결정된 한계들 밖에서 발생한다면 경보 신호를 보내도록 구성될 수 있다.
[0054] 일부 실시예들에서, 정보는 하나 이상의 외부 장치들에 제공될 수 있다. 외부 장치들은 예를 들어 저장 용량, 저장에서 이용 가능한 에너지, 온도와 관련된 저장의 거동, 저장의 건강성 및 시스템의 기대 수명, 및/또는 가장 효율적인 방법으로 저장을 최적화하는 것을 초래하는 다른 환경 조건들의 분석을 제공할 수 있다. 외부 장치들과의 통신은 추가로, 이용 가능한 에너지 백업의 모니터링 및/또는 사전 관리(proactive management)를 가능하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 통신 모듈(120)은 충전기가 시스템(100)과 통신하여 가장 효율적이고 최적화된 방법으로 시스템(100)의 결정적 작동들 및 충전을 보장하는 것을 가능하게 한다.
[0055] 도 8은 일부 실시예들에 따라 제어 로직(112)과 같은 제어 로직에 의해 실행될 수 있는 제어 알고리즘(200)의 일 예의 흐름도이다. 특정 흐름도가 본원에 예시되어 있지만, 제어 알고리즘(200)의 일부 단계들은 대안적인 순서들로 및/또는 병렬로 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
[0056] 블록(202)에서, 알고리즘이 시작된다. 결정 블록(204)에서, 슈퍼커패시터들(106) 중 하나의 충전이 필요한지를 결정하는 결정이 이루어진다. 결정은 시스템의 전류 상태(예를 들어, 충전기에 결합된/방전 상태에 있지 않은), 슈퍼커패시터들(106)의 전류 상태(예를 들어, 최대 충전 수준 아래), 및/또는 임의의 다른 적절한 요인들에 기초한다. 슈퍼커패시터들(106) 중 하나의 충전이 필요하다면, 제어 알고리즘(200)은 블록(206)으로 진행한다.
[0057] 결정 블록(206)에서, 제어 알고리즘(200)은 슈퍼커패시터들(106) 중 하나의 셀(cell) 전류 및 충전이 불균형한지 여부를 결정한다. 위에서 논의된 바와 같이, 슈퍼커패시터들(106)은 어레이에서의 다른 슈퍼커패시터들(106)에 대해 과잉 충전 및/또는 불충분 충전될 수 있다. 불균형이 검출되면, 제어 알고리즘(200)은 블록(212)에서 슈퍼커패시터의 셀 전압, 블록(214)에서 슈퍼커패시터들(106)의 셀 전류를 기록(log)하고, 블록(216)에서 정보를 제어 로직(112)과 같은 하나 이상의 회로 요소들에 전송한다. 불균형이 검출되지 않으면, 제어 알고리즘(200)은 블록(210)으로 진행하고 슈퍼커패시터들(106)을 충전하기 시작한다.
[0058] 블록(204)에서 슈퍼커패시터들(106) 중 하나의 충전이 필요하지 않다고 결정되면, 알고리즘(200)은 블록(208)으로 진행한다. 결정 블록(208)에서, 충전 균형 알고리즘(200)은 슈퍼커패시터(106)가 방전될 필요가 있는지를 결정한다. 결정은 하나 이상의 요인들, 이를테면, 시스템의 전류 상태(예를 들어, 충전기에 결합되지 않은/충전 상태에 있지 않은), 슈퍼커패시터들(106)의 전류 상태(예를 들어, 현재 완전 충전에), 부하의 전류 상태(예를 들어, 부하가 전력을 끌어당기고 있다) 및/또는 임의의 다른 적절한 요인들에 기초할 수 있다. 슈퍼커패시터들 중 하나의 방전이 요구된다면, 제어 알고리즘(200)은 블록(222)으로 진행한다.
[0059] 블록(222)에서, 제어 알고리즘(200)은 셀 전압 및 전류를 체크하고 각각 블록들(224, 226)에서 셀 전압 및 셀 전류의 각각을 기록(record)한다. 제어 알고리즘(200)은 이 정보를 블록(228)에서 하나 이상의 회로 요소들 또는 외부 요소들에 제공한다.
[0060] 블록(208)에서 슈퍼커패시터들(106) 중 하나의 방전이 요구되지 않는다고 결정되면, 알고리즘(200)은 블록(218)으로 진행한다. 블록(218)에서, 알고리즘(200)은 하나 이상의 배터리들(110)의 전류 상태를 검출하고, 블록(220)에서 충전 보유 회로(108)를 작동하여 누출 전류를 발생시켜 슈퍼커패시터들(106)에 충전을 유지한다.
[0061] 일부 실시예들에서, 충전 시간을 줄이고 슈퍼커패시터들(106)의 비 에너지를 향상시키기 위해, 전해질 층 충전이 슈퍼커패시터들(106)의 각각에 대한 개별 슈퍼커패시터 수준에서 달성된다. 도 9는 슈퍼커패시터(300)의 일 실시예의 분해도이다. 슈퍼커패시터(300)는 복수의 내부 층들을 둘러싸는 외부 보호 층(302)을 포함한다. 내부 층들은 하나 이상의 마이크로 와이어들(302), 복수의 탄소 층들(304a-304d)(집합적으로 "탄소 층들(304)") 및 복수의 전해질 층들(306a-306b)(집합적으로 "전해질 층들(306)")을 포함한다. 슈퍼커패시터(300)의 제조 중에 결정되는 바와 같이, 복수의 마이크로 와이어들(302), 탄소 층들(304) 및 전해질 층들(306)은 미리 결정된 패턴으로 산재될 수 있다. 복수의 리드(lead) 와이어들(308a-308c)(집합적으로 "리드 와이어들(308)")은 마이크로 와이어들(302) 및 전도 층들(304)로부터 커패시터들(C12, C23)로 축 방향으로 연장된다.
[0062] 충전 사이클 동안, 충전 제어 회로(114)는 슈퍼커패시터들(106)의 전압을 지속적으로 모니터링한다. 유전체 층은 슈퍼커패시터들(106) 중 선택된 하나의 완전 충전 전압이 달성되었을 때 완전히 충전된다. 이것이 일어날 때, 충전 제어 회로(114)는 충전 전류를 차단하기 위해 외부 충전기에 신호를 보내고, 그 다음 그것이 전압 강하를 분석한다. 전압 강하는 전해질 층의 충전 상태를 나타낸다. 전압 강하가 0 V보다 크면, 충전 제어 회로(114)는 외부 충전기에 신호를 보내 충전, 방전 및 휴지 펄스들의 신속한 시퀀스를 슈퍼커패시터들(106) 중 선택된 하나에 인가한다. 충전 제어 회로(114)는 이 프로세스 동안 전압 강하를 모니터링한다. 충전 제어 회로(114)가 슈퍼커패시터들(106) 중 선택된 하나의 전압 강하가 0 V이라는 것을 검출하면, 전해질 층은 최대 이용 가능한 용량까지 완전히 충전되고, 충전 제어 회로(114)는 충전기에 신호를 보내 슈퍼커패시터들(106) 중 선택된 하나의 충전을 중지한다. 전해질 층 상의 이러한 급속 충전/방전/휴지 펄스들의 반복된 시퀀스는 전해질 층이 통상적인 충전 방법들에 의해 달성된 충전 시간보다 빠르게 충전하는 것을 보장한다. 그것은 또한 그것이 통상적인 충전 방법들에 의해 달성된 것보다 더 높은 그의 최대 이용 가능한 충전 유지 용량으로 충전되는 것을 보장한다.
[0063] 일부 실시예들에서, 유사한 및/또는 동일한 충전/방전/휴지 펄스들이 슈퍼커패시터들(106)의 각각에 연결된 배터리들(110)에 인가된다. 유사한 펄스 패턴은 통상적인 충전에 의한 것보다 더 빨리 배터리들(110)을 충전하고 유사하게 통상적인 충전에 의한 것보다 더 높은 용량으로 배터리들(110)을 충전한다.
[0064] 도 10은 일부 실시예들에 따라 슈퍼커패시터들(106) 중 하나를 충전하기 위한 충전, 방전 및 휴지 펄스들의 시퀀스를 도시하는 타이밍 다이어그램(400)을 예시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 시간(t0)에서, 제1 충전 펄스(402a)가 슈퍼커패시터(106-1)와 같은 슈퍼커패시터에 인가된다. 제1 충전 펄스(402a)는 슈퍼커패시터(106-1)를 신속하게 충전하기에 충분한 임의의 적절한 전류를 가질 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 제1 충전 펄스는 약 4,500 암페어의 전류를 가지지만, 더 큰 및/또는 더 적은 충전 펄스들이 다른 슈퍼커패시터들에 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
[0065] 제1 충전 펄스(402a)는 미리 결정된 시간 기간 동안 미리 결정된 전류로 유지된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, t0에서 t1까지의 시간은 약 20 ms일 수 있지만, 더 큰 및/또는 더 적은 충전 시간들이 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 시간(t1)에서, 충전 제어 회로(114)는 충전 전류를 제1 충전 펄스(402a)로부터 제1 휴지 펄스(404a)로 전환시킨다.
[0066] 제1 휴지 펄스(404a)는 충전 전류를 미리 결정된 시간 기간 동안 0 암페어로 설정한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제1 휴지 펄스(404a)는 제1 충전 펄스(402a)의 기간의 약 절반 동안 유지되지만, 더 긴 및/또는 더 짧은 휴지 펄스들이 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예시된 실시예에서, 휴지 펄스는 t1에서 t2까지 약 10 ms 동안 유지된다.
[0067] 시간(t2)에서, 방전 펄스(406)가 슈퍼커패시터(106-1)에 인가된다. 방전 펄스(406)는 슈퍼커패시터(106-1)에 저장된 전하의 일부를 방전하는 음의 전류 펄스이다. 일부 실시예들에서, 방전 펄스(406)는 약 -1000 암페어의 전류 값을 가지지만, 더 높은 및/또는 더 낮은 방전 전류 값들이 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 방전 펄스(406)는 미리 결정된 방전 기간 동안 유지된다. 예시된 실시예에서, 방전 기간은 t2에서 t3까지 약 5 ms이다.
[0068] 시간(t3)에서, 충전 제어 회로(114)는 충전 전류를 제2 휴지 펄스(404b)로 전환시킨다. 제2 휴지 펄스(404b)는 충전 전류를 미리 결정된 시간 기간 동안 0 암페어로 설정한다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 제2 휴지 펄스는 t3에서 t4까지 약 20 ms 동안 유지된다.
[0069] 시간(t4)에서, 충전 제어 회로(114)는 충전 전류를 제2 충전 펄스(402b)로 전환시킨다. 제2 충전 펄스(402b)는 슈퍼커패시터(106-1)를 완전히 충전하도록 구성된다. 제2 충전 펄스(402b)는 전류 및 지속기간이 제1 충전 펄스(402a)와 유사하지만, 제2 충전 펄스는 제1 충전 펄스(402a)보다 더 큰 및/또는 더 작은 전류 값 및/또는 지속기간을 가질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예시된 실시예에서, 제2 충전 펄스(402a)는 충전 전류를 20 ms 동안 4,500 암페어로 유지한다. 시간(t5)에서, 슈퍼커패시터(106-1)는 완전히 충전되고, 충전 제어 회로는 충전 전류를 0 암페어로 전환시킨다.
[0070] 본 발명은 상세히 나타내고 설명된 현재 바람직한 실시예들과 관련하여 예시되고 설명되었지만, 본 발명의 정신으로부터 결코 벗어나지 않으면서 다양한 변형들 및 구조적 변화들이 이루어질 수 있으므로 본 발명은 나타낸 세부 사항들에 한정되는 것으로 의도되지 않는다. 실시예들은, 본 발명의 원리들 및 실제 적용을 가장 잘 설명하고 이에 의해 당업자가 본 발명 및 다양한 변형들을 갖는 다양한 실시예들을 고려되는 특정 용도에 적합하도록 가장 잘 이용할 수 있도록 하기 위해 선택되고 설명되었다.

Claims (20)

  1. 슈퍼커패시터들의 어레이를 포함하는 충전 저장 어셈블리;
    보조 저장 요소;
    충전 작동 동안 상기 슈퍼커패시터들의 어레이에 충전 전류를 제공하도록 구성된 충전 제어 회로를 포함하며,
    상기 충전 제어 회로는 상기 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 적어도 하나의 슈퍼커패시터와 상기 보조 저장 요소 사이에서 전하를 선택적으로 전달하도록 구성되는,
    에너지 저장 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 불균형 검출 회로를 포함하며,
    상기 충전 제어 회로는, 상기 불균형 검출 회로가 상기 어레이에서의 적어도 하나의 슈퍼커패시터와 상기 어레이에서의 하나 이상의 나머지 슈퍼커패시터들 사이의 충전 불균형을 검출할 때 상기 적어도 하나의 슈퍼커패시터와 상기 보조 저장 요소 사이에서 전하를 전달하도록 구성되는,
    에너지 저장 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 불균형 검출 회로는 과잉 충전 불균형(overcharge imbalance) 또는 불충분 충전 불균형(undercharge imbalance) 중 하나를 검출하도록 구성되고,
    상기 충전 제어 회로는 과잉 충전 불균형이 검출될 때 상기 적어도 하나의 슈퍼커패시터 및 상기 보조 저장으로부터 전하를 전달하도록 구성되며,
    상기 충전 제어 회로는 불충분 충전 불균형이 검출될 때 상기 보조 저장으로부터 상기 적어도 하나의 슈퍼커패시터로 전하를 전달하도록 구성되는,
    에너지 저장 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 충전 제어 회로는,
    적어도 하나의 펄스-폭 변조 제어기;
    상기 적어도 하나의 펄스-폭 변조 제어기에 전기적으로 결합된 복수의 절연-게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT; insulated-gate bipolar transistor)들을 포함하는,
    에너지 저장 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 펄스-폭 변조 제어기는 디지털 신호 처리기 및 상기 디지털 신호 처리기에 전기적으로 결합된 적어도 하나의 IGBT 제어기를 포함하고, 그리고 상기 복수의 IGBT들을 위해 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 발생시키도록 구성되는,
    에너지 저장 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 충전 제어 회로는 복수의 충전 제어 회로들을 포함하며, 상기 복수의 충전 제어 회로들의 각각은 상기 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 상기 슈퍼커패시터들 중 하나에 결합되는,
    에너지 저장 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 충전 저장 어셈블리는 복수의 배터리들을 포함하며, 상기 복수의 배터리들의 각각은 상기 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 대응하는 슈퍼커패시터에 결합되는,
    에너지 저장 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리들의 각각은 리튬 이온 배터리를 포함하는,
    에너지 저장 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 보조 저장은 슈퍼커패시터를 포함하는,
    에너지 저장 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 각각의 슈퍼커패시터가 아이들(idle)일 때 상기 각각의 슈퍼커패시터의 충전 상태를 유지하도록 구성된 충전 보유 회로(charge retention circuit)를 포함하는,
    에너지 저장 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 충전 보유 회로는 미리 결정된 누출 전류를 발생시키도록 구성되는,
    에너지 저장 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 상기 충전 제어 회로에 결합된 제어 로직 요소를 포함하며,
    상기 제어 로직은 상기 충전 제어 회로에 대한 하나 이상의 제어 신호들을 발생시키도록 구성되는,
    에너지 저장 장치.
  13. 직렬로 결합된 슈퍼커패시터들의 어레이 및 복수의 배터리들 ― 상기 복수의 배터리들의 각각은 상기 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 대응하는 슈퍼커패시터에 전기적으로 결합됨 ― 을 포함하는 충전 저장 어셈블리; 및
    상기 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 각각의 슈퍼커패시터가 아이들 상태에 있을 때 상기 각각의 슈퍼커패시터의 충전 상태를 유지하도록 구성된 충전 보유 회로를 포함하는,
    에너지 저장 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 충전 보유 회로는 아이들 슈퍼커패시터와 관련된 상기 복수의 배터리들 중 선택된 하나로부터 누출 전류를 발생시키도록 구성되며, 상기 누출 전류는 상기 아이들 슈퍼커패시터의 충전 상태를 유지하는,
    에너지 저장 장치.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리들의 각각은 리튬 이온 배터리를 포함하는,
    에너지 저장 장치.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 충전 보유 회로는 복수의 충전 보유 회로들을 포함하고, 상기 복수의 충전 보유 회로들의 각각은 상기 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 대응하는 슈퍼커패시터에 결합되는,
    에너지 저장 장치.
  17. 직렬로 결합된 슈퍼커패시터들의 어레이 및 복수의 배터리들 ― 상기 복수의 배터리들의 각각은 상기 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 대응하는 슈퍼커패시터에 전기적으로 결합됨 ― 을 포함하는 충전 저장 어셈블리;
    복수의 충전 보유 회로들 ― 상기 복수의 충전 보유 회로들의 각각은 상기 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 대응하는 슈퍼커패시터에 결합되고, 그리고 상기 복수의 충전 보유 회로들의 각각은 상기 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 대응하는 슈퍼커패시터가 아이들 상태에 있을 때 상기 대응하는 슈퍼커패시터의 충전 상태를 유지하도록 구성됨 ―;
    보조 저장 요소; 및
    상기 슈퍼커패시터들의 어레이에서의 적어도 하나의 슈퍼커패시터와 상기 보조 저장 요소 사이에서 전하를 선택적으로 전달하도록 구성된 복수의 충전 제어 회로들을 포함하는,
    에너지 저장 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 불균형 검출 회로를 포함하며,
    상기 충전 제어 회로는, 상기 불균형 검출 회로가 상기 어레이에서의 적어도 하나의 슈퍼커패시터와 상기 어레이에서의 하나 이상의 나머지 슈퍼커패시터들 사이의 충전 불균형을 검출할 때 상기 적어도 하나의 슈퍼커패시터와 상기 보조 저장 요소 사이에서 전하를 전달하도록 구성되는,
    에너지 저장 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 불균형 검출 회로는 과잉 충전 불균형 또는 불충분 충전 불균형 중 하나를 검출하도록 구성되고,
    상기 충전 제어 회로는 과잉 충전 불균형이 검출될 때 상기 적어도 하나의 슈퍼커패시터 및 상기 보조 저장으로부터 전하를 전달하도록 구성되며,
    상기 충전 제어 회로는 불충분 충전 불균형이 검출될 때 상기 보조 저장으로부터 상기 적어도 하나의 슈퍼커패시터로 전하를 전달하도록 구성되는,
    에너지 저장 장치.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 충전 제어 회로는,
    적어도 하나의 펄스-폭 변조 제어기;
    상기 적어도 하나의 펄스-폭 변조 제어기에 전기적으로 결합된 복수의 절연-게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)들을 포함하는,
    에너지 저장 장치.
KR1020197009049A 2016-09-14 2017-08-08 슈퍼커패시터 기반 에너지 저장 장치 KR20190047711A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662394532P 2016-09-14 2016-09-14
US62/394,532 2016-09-14
US15/490,409 US20180076644A1 (en) 2016-09-14 2017-04-18 Supercapacitor based energy storage device
US15/490,409 2017-04-18
PCT/US2017/045848 WO2018052576A1 (en) 2016-09-14 2017-08-08 Supercapacitor based energy storage device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20190047711A true KR20190047711A (ko) 2019-05-08

Family

ID=61560960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197009049A KR20190047711A (ko) 2016-09-14 2017-08-08 슈퍼커패시터 기반 에너지 저장 장치

Country Status (10)

Country Link
US (3) US20180076644A1 (ko)
EP (1) EP3513482A4 (ko)
JP (1) JP2019532613A (ko)
KR (1) KR20190047711A (ko)
CN (1) CN109690901B (ko)
AU (2) AU2017327739A1 (ko)
CA (1) CA3036676A1 (ko)
MX (1) MX2019003017A (ko)
WO (1) WO2018052576A1 (ko)
ZA (1) ZA201802616B (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170117730A1 (en) * 2015-06-26 2017-04-27 The Regents Of The University Of California Efficient supercapacitor charging technique by a hysteretic charging scheme
WO2018152515A1 (en) 2017-02-20 2018-08-23 The Research Foundation For The State University Of New York Multi-cell multi-layer high voltage supercapacitor apparatus
GB2574196B (en) 2018-05-21 2022-08-24 Bae Systems Plc Supercapacitor arrangement for enhancing electronic power performance of waterborne vehicles
US11063450B2 (en) * 2018-08-31 2021-07-13 S&C Electric Company System and method for closed-transition transfer of DC battery banks on a grid scale battery energy storage system
US11205916B2 (en) * 2019-03-20 2021-12-21 Richard H. Sherratt and Susan B. Sherratt Revocable Trust Fund High-energy capacitive transform device using multifilar inductor
EP3790149A1 (en) * 2019-09-09 2021-03-10 Aptiv Technologies Limited Backup power supply system
WO2022005640A1 (en) * 2020-06-30 2022-01-06 Avx Corporation System and method for balancing ultracapacitors
US11799308B2 (en) * 2020-11-30 2023-10-24 Kyungil Green Tech Co., Ltd. System and method of providing control service for TVWS-based hybrid energy storage apparatus
CN113954678B (zh) * 2021-10-28 2024-03-12 上海海事大学 用于汽车电池混合储能的高温超导模块电池的充电系统及方法

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5754732A (en) * 1995-06-07 1998-05-19 Kollmorgen Corporation Distributed power supply for high frequency PWM motor controller with IGBT switching transistors
US5710504A (en) * 1996-05-20 1998-01-20 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Switched capacitor system for automatic battery equalization
US5836972A (en) * 1996-06-27 1998-11-17 Survivalink Corp. Parallel charging of mixed capacitors
US6096062A (en) * 1998-06-08 2000-08-01 Pacesetter, Inc. Method and apparatus for maintaining a high voltage capacitor in an implantable cardiac device
JP3606779B2 (ja) * 1999-12-20 2005-01-05 富士電機ホールディングス株式会社 電気自動車の電源システム
JP2001268815A (ja) * 2000-03-17 2001-09-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 充電回路
JP3858893B2 (ja) * 2001-10-01 2006-12-20 サンケン電気株式会社 電圧バランス回路、電圧検出用回路、電圧バランス方法及び電圧検出方法
US6842375B1 (en) * 2001-12-06 2005-01-11 Virage Logic Corporation Methods and apparatuses for maintaining information stored in a non-volatile memory cell
JP2003235173A (ja) * 2002-02-13 2003-08-22 Nichicon Corp 電気二重層キャパシタの充電方法
US20030222502A1 (en) * 2002-05-30 2003-12-04 Nec Tokin Corporation Hybrid power supply system
EP1496605A1 (en) * 2003-07-07 2005-01-12 Vacon Oyj Frequency converter and its control method
US7633284B2 (en) * 2005-03-08 2009-12-15 Tennessee Valley Authority Method and apparatus for managing ultracapacitor energy storage systems for a power transmission system
DE102005014285A1 (de) * 2005-03-24 2006-10-05 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zum Ladungsausgleich von in Reihe angeordneten einzelnen Zellen eines Energiespeichers
US7692411B2 (en) * 2006-01-05 2010-04-06 Tpl, Inc. System for energy harvesting and/or generation, storage, and delivery
JP3954081B1 (ja) * 2006-02-20 2007-08-08 株式会社パワーシステム 蓄電装置
JP4313809B2 (ja) * 2006-09-14 2009-08-12 株式会社Ｎｔｔファシリティーズ 充電式組電池システム及び組電池充電制御方法
KR101081255B1 (ko) * 2007-02-09 2011-11-08 한국과학기술원 전하 균일 장치
CN201041953Y (zh) * 2007-04-12 2008-03-26 东莞市特龙金科能源科技有限公司 一种太阳能电源转换电路
JP4544273B2 (ja) * 2007-06-20 2010-09-15 トヨタ自動車株式会社 車両用電源装置および車両用電源装置における蓄電装置の充電状態推定方法
JP5035978B2 (ja) * 2007-08-24 2012-09-26 株式会社日本自動車部品総合研究所 車両用ｄｃｄｃコンバータ装置
US7888910B2 (en) * 2007-11-29 2011-02-15 Hdm Systems Corporation Sequencing switched single capacitor for automatic equalization of batteries connected in series
CN101471574B (zh) * 2007-12-28 2011-07-27 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 限流器
US8806271B2 (en) * 2008-12-09 2014-08-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Auxiliary power supply and user device including the same
DE10725540T1 (de) * 2009-04-01 2015-11-12 Eaglepicher Technologies, Llc Hybrid-Energiespeichersystem, Erneuerbare-Energie-System mit dem Speichersystem und Verfahren zu seiner Verwendung
EP2302757B1 (en) * 2009-09-24 2020-04-29 VITO NV (Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek NV) Method and system for balancing electrical energy storage cells
US8638010B2 (en) * 2010-02-17 2014-01-28 Integrated Device Technology, Inc. Systems, devices, and methods for providing backup power to a load
WO2011112862A1 (en) * 2010-03-11 2011-09-15 Greensmith Energy Management Systems, Llc Battery management system for a distributed energy storage system, and applications thereof
CA2805817A1 (en) * 2010-07-20 2012-01-26 Eaton Corporation Method of energy and power management in dynamic power systems with ultra-capacitors (super capacitors)
US20110125337A1 (en) * 2010-08-30 2011-05-26 Vyacheslav Zavadsky Household appliance adapted to work with time of use electricity rates
EP2686195B1 (en) * 2011-03-16 2019-10-30 CPS Technology Holdings LLC Systems and methods for controlling multiple storage devices
US9065287B2 (en) * 2011-05-06 2015-06-23 Welch Allyn, Inc. Recharging energy storage cells using capacitive storage device
US9136732B2 (en) * 2011-10-15 2015-09-15 James F Wolter Distributed energy storage and power quality control in photovoltaic arrays
CN104285336B (zh) * 2012-03-13 2017-12-26 麦斯韦尔技术股份有限公司 电容器与电池组合
US9787126B2 (en) * 2013-02-08 2017-10-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Driving method of electrochemical device
JP2016517258A (ja) * 2013-03-15 2016-06-09 デザイン フラックス テクノロジーズ， エルエルシーＤｅｓｉｇｎ Ｆｌｕｘ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｌｌｃ 動的に再構成可能なエネルギー貯蔵装置を作り出す方法および装置
KR101602530B1 (ko) * 2013-06-21 2016-03-10 주식회사 엘지화학 배터리 팩 누설 진단 방법 및 장치
RU2644971C2 (ru) * 2013-11-05 2018-02-15 Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк. Схема зарядки конденсатора большой емкости для устройства гидроимпульсной скважинной телеметрии
CN203859574U (zh) * 2014-04-29 2014-10-01 黄河科技学院 一种超级电容辅助供电装置
US9673635B2 (en) * 2014-12-15 2017-06-06 Tyco Fire & Security Gmbh Self sustaining energy harvesting system
US10596909B2 (en) * 2015-05-06 2020-03-24 The Regents Of The University Of Michigan Hybrid energy storage
CN105048602B (zh) * 2015-08-31 2017-12-05 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 电池平衡电路及电池装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3513482A1 (en) 2019-07-24
JP2019532613A (ja) 2019-11-07
CN109690901A (zh) 2019-04-26
US20210249883A1 (en) 2021-08-12
AU2017327739A1 (en) 2019-04-04
US20180076644A1 (en) 2018-03-15
CA3036676A1 (en) 2018-03-22
AU2021200875A1 (en) 2021-03-04
US20200335992A1 (en) 2020-10-22
CN109690901B (zh) 2022-10-21
EP3513482A4 (en) 2020-05-13
WO2018052576A1 (en) 2018-03-22
MX2019003017A (es) 2019-10-09
ZA201802616B (en) 2021-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210249883A1 (en) Supercapacitor based energy storage device
JP7212650B2 (ja) 直列電池充電及び形成用のシステム及び方法
Zhang et al. Active battery equalization method based on redundant battery for electric vehicles
Kim et al. Power electronics-enabled self-X multicell batteries: A design toward smart batteries
JP6173922B2 (ja) セルを個別管理するバッテリー
Kim et al. A series-connected self-reconfigurable multicell battery capable of safe and effective charging/discharging and balancing operations
CN103326439A (zh) 电池组的均衡电路及方法
CN108011425B (zh) 一种电池组主动均衡电路及方法
Kim et al. A multicell battery system design for electric and plug-in hybrid electric vehicles
CN103107565A (zh) 电动汽车电池管理系统静态均衡方法
EP2693595B1 (en) Balance correction apparatus and electrical storage system
Abronzini et al. Optimal modular bms for high performances nmc battery pack
CN110445205B (zh) 一种直流电源均衡管理系统及控制方法
CN103036256A (zh) 变压器扫描链式蓄电池组均衡电路及方法
Ma et al. Fuzzy logic based power and thermal management system design for multi-cell lithium-ion battery bank protection and operation
Ketzer et al. Evaluating circuit topologies for battery charge equalization
Ran et al. An active balancing circuit for lithium battery management system with optoelectronic switches
CN103036257A (zh) 单电感式蓄电池组均衡电路及方法
Li et al. Design of an active battery equalization circuit with DC-DC converter
CN202309119U (zh) 单电感式蓄电池组均衡电路
CN109274149B (zh) 电能量交换设备、电池装置及电池维护系统
Hoque et al. Voltage equalization for series connected lithium-ion battery cells
Kim et al. Self-reconfigurable multicell batteries
CN202309118U (zh) 变压器扫描链式蓄电池组均衡电路
Ditsworth et al. A battery pack reconfiguration scheme for improved charge balancing

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application